一种新型全自动醇沉装置

一种新型全自动醇沉装置

王硕 ,冯贵墨

中国船舶集团公司第七0三研究所  黑龙江哈尔滨 150078

摘  要：本装置可广泛应用于植物提取、中药提取、保健酒、乳品、食品饮料等行业领域，通过本系统实现醇沉过程的全自动控制，解决了精确控制醇沉温度、精确计量进药及乙醇流量、在线测量醇沉罐药液密度和精确确定醇沉分界面等技术难题，系统可以广泛推广，降低人工劳动量，提高每批次之间的产品质量，提高产量5%。

关键词：醇沉；乙醇醇度；电容法液面测量；

引言

醇沉装置在植物提取、中药提取、乳品、食品饮料等行业均有广泛应用，市场需求很大，传统醇沉设备，采用手动方式进行生产，其上清液界面完全靠人为操作。经常出现有效成分的浪费和能源过多消耗。整个醇沉手动生产存在着无法回避的缺陷[1~3]：

1.因人为因素造成产品收率低。

2.产品质量不稳定。

3.整个过程靠人工手动操作，劳动强度高。

4.工作量大，工作周期长。

5.监控点多，操作复杂。

6.能源浪费严重。

本文针对以上出现的问题进行了深入的研究和思考，提出了解决方案，初步解决了以上问题。

1系统整体介绍

其中系统的工艺关键测控点的配置如下：

醇沉罐液位监测，隔膜防爆液位变送器，AI类型，4-20mA信号。

醇沉罐温度监测，防爆热电阻，AI类型，PT100信号。

醇沉罐乙醇密度监测，防爆质量流量计，AI类型，4-20mA信号。

醇沉罐上清液分界面监测，防爆JDR液面变送器，AI类型，4-20mA信号。

醇沉罐进液阀门，配气动执行机构+先导电磁阀，DO类型，DC24V开关控制信号。

醇沉罐出液阀门，配气动执行机构+先导电磁阀，DO类型，DC24V开关控制信号。

醇沉罐进乙醇阀门，配气动执行机构+先导电磁阀，DO类型，DC24V开关控制信号。

醇沉罐搅拌电机控制，隔离继电器DO类型，DC24V开关控制信号。

醇沉罐搅拌电机状态，隔离继电器DI类型，DC24V开关反馈信号。

醇沉罐冷却循环水入口调节，气动温度调节阀门，AO类型，4-20mA信号。

选用西门子1500系列控制器，型号1515-1 PN配18MB程序存储卡。人机界面硬件平台采用通用桌面计算机，操作系统Windows Win7 SP1版本。软件平台选用西门子工业控制软件包。包括下位机编程软件博图V16；人机界面编程软件包Wincc7.5。

2自动工艺流程

首先设置上位机醇沉参数，进药；

当参数初次加乙醇量为0时，先进药，再进乙醇；当初次加乙醇量不为0时，先加定量乙醇，然后系统发出进药请求，现场操作人员确认可以进药后，系统自动进药，进药完成后进入降温度程序。

醇沉罐自动空闲状态点击启动按钮，醇沉罐自动进乙醇并开启搅拌电机，当进乙醇量大于等于1000L时，自动开启循环阀，循环泵循环；

循环过程中，当酒精浓度大于等于设定浓度5秒时，进乙醇结束；

如果压药时间设置不为0，那么开启压缩空气阀，将管道内的药液吹至醇沉罐内；

如果压药时间设置为0，那么自动进入降温程序，开启冷却循环水阀及搅拌电机，当前醇沉温度小于等于设定温度后，进入醇沉阶段。

醇沉时根据醇沉前搅拌时间先搅拌至时间到，然后关闭搅拌电机静置；

计时时间到后，经液位计Lt02确定系统分界面后，人工复核确认分层，吸口位置正确后，点击出清液启动，同时打开出清液阀向上清液储罐出清液；

出清液结束后，醇沉罐自动向下一级设备发出药请求，当下一级设备有进药请求时，并选择该醇沉罐进药后醇沉罐出药阀自动打开出药。下一级设备根据真空判断出药完成，然后给醇沉罐出药完成信号，醇沉罐自动结束程序；

3二分法实现乙醇密度到浓度的换算

系统可以通过当前醇沉混合液的在线密度，自动计算出当前醇沉混合液的百分浓度。借助采用二分法迅速的查找当先密度所对应的百分浓度的区间，采用一次线性插值的方法计算当前醇沉混合液的百分浓度。采用二分法大大的减少了对应查找浓度和密度转换表的速度，降低了系统的负担，增快了响应时间。

以乙醇浓度介于93%~95%之间的乙醇溶液为例，通过传感器测得被测液的密度，利用已知浓度的密度跟测得的密度对比，利用半分法逐级进行比较，最后把测得的密度界定在一个已知浓度的密度范围内。例如：测得的密度是一个介于94%—95%浓度的密度，他的判断方法是跟浓度为63%浓度的密度比较，其密度小于63%浓度的密度，判断出其浓度要大于63%；再跟浓度为79%浓度的密度比较，其密度小于79%浓度的密度,判断出其浓度要大于79%；再跟浓度为87%浓度的密度比较，其密度小于87%浓度的密度,判断出其浓度要大于87%；再跟浓度为91%浓度的密度比较，其密度小于91%浓度的密度,判断出其浓度要大于91%；再跟浓度为93%浓度的密度比较，其密度小于93%浓度的密度,判断出其浓度要大于93%；再跟浓度为94%浓度的密度比较，其密度小于94%浓度的密度,判断出其浓度要大于94%,由于我们所使用的浓度最大值是95%，因此可以判断出我们所测得的密度对应的浓度应该在94%—95%之间。

4电容法测量药液的分界面

电容法液面测量原理为探极、金属容器(或者是辅助探极)与被测液体构成电容器，其中探极的为电容的一极，金属容器为电容的另一极，被测介质作为两极之间的介质，随着液位的变化，被测介质包围探极面积随之改变，使构成电容器两极的相对面积改变，导致电容的变化。

电容器的电容值受三个因素的影响：

①各个电极面之间的距离d

②各电极面积的大小S

③电极面之间介质的介电常数ε

因ε和d为固定常数，所以电容值只与液体浸没探极的高度成正比。

可以根据醇沉罐中乙醇、空气与沉淀物的介电常数ε不同来估算出三者之间的交界面。原理如图所示：

观察各矩阵点数据，可以看出乙醇与空气的交接点应第18矩阵点处；乙醇与沉淀物的交接点大概在第9矩阵点处；

空气的典型值：可以取19-25点的平均值也可以从中选一个适中的值，依次类推可以计算出乙醇的典型值和沉淀物的典型值。

5 结 论

本文针对传统醇沉罐存在问题进行了分析，并提出了针对的解决方案，系统各项参数指标都达到了设计时的要求，具有良好的推广价值。

目前本系统已成功应用于多项实际的项目实践，取得了较理想的效果，获得了使用用户的一致好评。

参考文献：

[1]王嘉辉, 李志刚, 李奎,等. 基于PLC的一种注射液监测系统的设计与制作[J]. 数码世界, 2019, 000(004):127.

[2]袁本松.给水处理厂药液自动配投系统应用研究[J]. 重庆大学学报, 2012, 7(2): 15-18.

[3]徐玲, 祝军. 制药智能工厂生产物流调度系统柔性管控优化算法[J]. 电子技术与软件工程, 2019(22).